Nghiên ứu nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự động áp dụng với lưới điện phân phối thành phố bắc ninh

Trên cơ sở đó để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì việc đầu tư, lắp đặt các thiết bị tự động trên lưới điện phân phối góp phần nâng cao

ÁP DỤNG VỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

THÀNH PHỐ BẮC NINH

Chuyên ngành: K thu ỹ ật điệ n

LUẬN VĂN THẠ C S K THUẬT Ĩ Ỹ

CHUYÊN NGÀNH: H Ệ THỐNG ĐIỆ N

NGƯỜI HƯỚNG DẪ N KHOA H ỌC:

PGS.TS ĐẶ NG QU C TH NG Ố Ố

HÀ NỘI- 2018

M C L C Ụ Ụ

TRANG BÌA PH Ụ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤ C CÁC CH ẾT TẮ Ữ VI T VÀ KÝ HI UỆ

M Ở ĐẦU 1

Gi i thiớ ệu chung 1

Mục đích nghiên cứu của đềtài 1

Đố i tư ợng và ph m vi c a nghiên c u cạ ủ ứ ủa đề tài 2

Ý nghĩa khoa học và th c ti n cự ễ ủa đề tài 2

CHƯƠNG 1: LƯỚI ĐIỆN PHÂN PH I VÀ CÁCTHI T B Ố Ế Ị ĐÓNG CẮT T Ự ĐỘNG 3

1.1 Tìm hiể u về lưới điện phân ph iố 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Vai trò lưới điện phân ph i 3ố 1.1.3 Các ph n t ầ ử chính trong lưới điện phân ph i 3ố 1.1.4 Cấu trúc lưới điện phân ph i 5ố 1.1.5 Đặc điểm lưới điện phân ph i 6ố 1.2 Các thiế t bị đóng cắt tự động 6

1.2.1 Máy cắt tự độ ng 6

1.2.2 Thi t b t ế ị ự động đóng lặ ạp l i 8

1.2.3 Dao cách ly phân đoạ ự độn t ng 9

CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ Ố S TIN C Y LƯ I ĐI N PHÂN PH I 10 Ậ Ớ Ệ Ố 2.1 Các khái niệm và định nghĩa .10

2.1.1 Khái ni m v ệ ề độtin cậy 10 2.1.2 Độ tin c y c a h th ng 10ậ ủ ệ ố 2.1.3 Độ tin c y c a ph n t .11ậ ủ ầ ử

2.2 Các ch ỉ tiêu đánh giá độ tin c y cậ ủa lướ i đi ện phân ph iố 19

2.2.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống - SAIFI 19

2.2.2 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng – CAIFI 20

2.2.3 Thời gian mất điện trung bình của hệ thống- SAIDI 20

2.2.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng - CAIDI 20

2.2.5 T n su ầ ất mấ t đi ệ n thoáng qua trung bình - MAIFI .21

2.2.6 Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình - ASAI .22

2.3 Các yếu tố ảnh hưở ng đ n độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối ế .23

2.4 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối 24

2.4.1 S d ng các thi ử ụ ết bị điện có độ tin cậ y cao 24

2.4.2 S d ng các thi ử ụ ết bị ự độ t ng, các thi ết bị điề u khi n t ể ừ xa 24

2.4.3 S d ng linh ho ử ụ ạ t các sơ đ đi ồ dây, k t dây ế .24

2.4.4 T ổ chức và sử a ch a nhanh s c ữ ự ố 25

2.4.5 Đố ớ i v i các TBA phân ph i 25 ố 2.5 T ng quan v ổ ề tính toán độ tin cậy cho lướ i phân phối .26

2.6 Tình hình nghiên cứ u đ ộ tin cậy lưới phân phố i tại Việt Nam 27

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 29

3.1 Độ tin c y cậ ủa lưới phân phối hình tia không phân đoạn 29

3.2 Độ tin c y cậ ủa lưới phân phối hình tia có phân đoạn 30

3.3 Xây dựng chương trình đánh giá độ tin c y trên máy tínhậ .32

3.3.1 C ấu trúc lướ i phân ph i và ho ố ạ ộ t đ ng c a thi ủ ết bị phân đoạ .32 n 3.3.2 Các ch ỉ tiêu độ tin c ậy cầ n tính 34

3.3.3 Tính toán ch ỉ tiêu độ tin cậy của các đoạn lướ .34 i 3.4 Giới thiệu chương trình tính toán độ tin cậy lưới phân phối 41

3.4.1 Giao diện chương trình 41

3.4.2 Nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới 42

3.4.3 Nhập thông số tính toán 42

3.4.4 Nhập thông số phụ tải 43

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN QUY HO CH PHÁT TRIẠ ỂN LƯỚI

ĐIỆN PHÂN PH I THÀNH PH B C NINH 44Ố Ố Ắ 4.1 Hi n trệ ạ ng lư ới điệ n ỉnh Bắt c Ninh 44

4.1.1 Tổng quan về lưới điện tỉnh Bắc Ninh 44

4.1.2 Lưới điện 44

4.1.3 Lưới điện trung thế 50

4.1.4 Tụ bù 51

4.1.5 Tình hình sự cố 51

4.2 Lướ i đi ện phân ph i thành ph B c Ninh 52ố ố ắ 4.3 Bài toán quy hoạch phát triển điện lộ 471 E7.4 52

4.3.1 Phương án 1 58

4.3.2 Phương án 2 60

4.3.3 Phương án 3 62

4.3.4 Phương án 4 65

4.4 Tính toán đị nh lư ợng các ch ỉ tiêu độ tin c yậ .67

4.2.1 Phương án 1 67

4.2.2 Phương án 2 67

4.2.3 Phương án 3 68

4.2.4 Phương án 4 70

4.5 Nhận xét đánh giá kết qu tính toánả .71

CHƯƠNG 5: KẾT LU N 73Ậ TÀI LIỆU THAM KH O 74 Ả PHỤ Ụ L C .75

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của bản thân tôi và được hoàn thành dưới dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Đặng Quốc Thống Các nghiên cứu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kể một công trình nào trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ dẫn nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Tác giả luận văn

Lê Nho Hƣng

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các bạn bè, đồng nghiệp, cơ quan công tác đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành bản luận văn này Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Đặng Quốc Thống là người đã tận tình hướng dẫn, trực tiếp giúp đỡ tác giả thực hiện và hoàn thành luận văn này trong thời gian sớm nhất

Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian không được nhiều do vừa phải công tác vừa phải thực hiện nên bản luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp

để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 4-1 Các tr m 110kV hi n có cả ạ ệ ủa tỉnh Bắc Ninh 47

B ng 4-2 Th ng kê s l n s c ả ố ố ầ ự ố (năm 2017) 51

B ng 4-ả 3 Các đường dây x y ra nhi u s c ả ề ự ố (năm 2017) 51

Bảng 4 4 Số liệu các nút và nhánh của sơ đồ cấu trúc ngược- .55

B ng 4-5 Các s ả ốliệu sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 1 67

B ng 4-6 Các s u tính toán cả ốliệ ủa sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 2 67

B ng 4-7 Các s ả ốliệu sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 3 69

B ng 4-8 Các s ả ốliệu sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 4 70

B ng 4-9 T ng h p k t qu ả ổ ợ ế ả tính toán độ tin cậy các phương án 71

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Máy c t trung th .7 ắ ế Hình 1.2 Reclose trung th .9 ế

Hình 1.3 Sơ đồ ử ụng TĐL để s d loại trừ ự ố s c .9

Hình 2.1 Hàm tin c y R(t) 12 ậ Hình 2.2 Cường độ ỏ h ng hóc  ( )t .14

Hình 2.3 Mô hình và giản đồ chuy n tr ng thái (LV-làm viể ạ ệc, H ỏ-h ng) 15

Hình 2.4 M i liên h giố ệ ữa các trạng thái c a ph n t .18 ủ ầ ử Hình 3.1 Lưới phân ph i hình tia 29 ố Hình 3.2 Ví dụ ề ớ v lư i phân ph i cấu trúc ngược 33 ố Hình 3.3 Thuật toán tính ma trận đường nối 38

Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán giao diện 39

Hình 3.5 Sơ đồ khối chương trình tính toán độ tin cậy 40

Hình 3.6 Giao diện của chương trình tính toán độ tin cậy 41

Hình 3.7 Giao diện nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới 42

Hình 3.8 Giao diện nhập thông số tính toán 42

Hình 3.9 Giao diện nhập thông số phụ tải 43

Hình 4.1 Sơ đồ một sợi xuất tuyến 22kV lộ 471 E7.4 54

Hình 4.2 Sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 1 58

Hình 4.3 Sơ đồ đánh số ấu trúc ngượ c c xu t tuy n 22kV l 471 E7.4 59 ấ ế ộ Hình 4.4 Sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 2 60

Hình 4.5 Sơ đồ đánh số ấu trúc ngược phương án 2 c .61

Hình 4.6 Sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 3 62

Hình 4.7 Sơ đồ đánh số ấu trúc ngược phương án 3 c .64

Hình 4.8 Sơ đồ đẳ ng tr ị phương án 4 65

Hình 4.9 Sơ đồ đánh số ấu trúc ngược phương án 4 c .66

Hình 4.10 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 2 68

Hình 4.11 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 3 .69

Hình 4.12 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 4 71

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện bao gồm sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ Để đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng theo qui định và độ tin cậy cung cấp điện thì việc nâng cao chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện Mọi nghiên cứu, tính toán, áp dụng các máy móc, thiết bị công nghệ cao cho hệ thống điện đều cho mục đích nêu trên Khi quy hoạch, thiết kế, đầu tư xây dựng hệ thống điện đều tính đến việc vận hành đạt hiệu quả tối ưu nhất

Trên cơ sở đó để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì việc đầu tư, lắp đặt các thiết bị tự động trên lưới điện phân phối góp phần nâng cao chất lượng điện năng là việc làm hết sức quan trọng

Từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu âng cao độ tin cậy n

lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự động Áp dụng với lưới điện phân phối Thành phố Bắc Ninh”

Nội dung của đề tài là tìm hiểu về lưới điện phân phối, độ tin cậy cung cấp điện, các yếu tố, phương pháp đánh giá độ tin cậy Tìm hiểu về các chỉ tiêu đánh giá

độ tin cậy của lưới phân phối, các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện phân phối và ứng dụng các thiết bị này để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện thành phốBắc Ninh

MỞ ĐẦU

Giới thiệu chung

Các hệ thống điện phân phối của Việt Nam đang phải đối mặt với các thách thức như sau: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của nhu cầu phụ tải do sự phát triển nhanh về kinh tế Trong khi đó, chúng ta lại đang phải đối phó với sự cạn kiệt về tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ… (kể cả tiềm năng về nguồn thủy điện) Các

áp lực về việc gìn giữ môi trường cũng làm cho việc xây dựng thêm các nhà máy điện gặp nhiều khó khăn dẫn đến là chúng ta đang thiếu nguồn điện Thứ hai là các lưới điện phân phối phức tạp, nhiều nút, nhánh, có nhiều cấp điện áp khác nhau, một số thiết bị đã xuống cấp Bên cạnh đó, lưới điện gặp nhiều các sự cố, với các nguyên nhân từ tự nhiên, sự hư hỏng, già hoá thiết thiết bị, và cả các sai sót của con người trong vận hành Và một thách thức nữa đó là sự xuất hiện các nguồn điện phân tán ở phía tải Chính vì vậy mà hệ thống điện phân phối ngày càng trở nên phức tạp trong quản lý, vận hành, đặc biệt là có thể dẫn đến các sự cố mất điện trong thời gian dài, gây ra những tổn thất về kinh tế

Với sự phát triển của công nghệ, hiện nay người ta đã và đang áp dụng các thiết

bị tự động trong hệ thống điện (HTĐ) phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, thường biết đến là Hệ thống tự động lưới phân phối (DAS: Distribution Automation System) Bước đầu tiên của việc tự động lưới phân phối chính là sự lắp đặt các thiết bị đóng cắt tự động như là: Recloser, dao cách ly phân đoạn tự động Vì vậy trong luận văn này, tác giả sẽ dành để phân tích các ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, nâng cao

độ tin cậy trong lưới phân phối với sự có mặt của recloser và dao cách ly phân đoạn tự động Phân tích kinh tế, sự hiệu quả khi đầu tư sử dụng các thiết bị tự động đóng cắt trên lưới điện phân phối

Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự động

Áp dụng với lưới điện phân phối thành phố Bắc Ninh"

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Phân tích các ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, nâng cao độ tin cậy trong lưới phân phối với sự có mặt của recloser và dao cách ly phân đoạn tự động Từ đó phân

tích kinh tế, sự hiệu quả khi đầu tư sử dụng các thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự động đường dây cho lưới điện phân phối trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Đối tƣợng và phạm vi của nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu và tìm hiểu phương pháp tính các tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện Áp dụng các kết quả đó vào đối tượng nghiên cứu đã lựa chọn là lưới điện phân phối thành phố Bắc Ninh trong quy hoạch

và thiết kế

Ngày nay đã có rất nhiều nghiên cứu về độ tin cậy lưới điện phân phối và ứng dụng các thiết bị mới nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Song trong đề tài này, tác giả muốn hệ thống lý thuyết độ tin cậy cung cấp điện, nghiên cứu, xây dựng phương pháp tính toán và khai thác phần mềm Matlab để tính toán độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối Áp dụng các kết quả nghiên cứu trong đề tài này để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối nói chung và lộ 471 E7.4 thành phố Bắc Ninh nói riêng

Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn có các , chương như sau:

Chương 1: Lưới điện phân phối và các thiết bị đóng cắt tự động

Chương 2: Các chỉ số tin cậy lưới điện phân phối

Chương 3: Phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối và xây dựng chương trình tính toán

Chương 4: Áp dụng cho bài toán quy hoạch và phát triển lưới điện phân phối thành phố Bắc Ninh

Chương 5: Kết luận

CHƯƠNG : LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC THIẾT BỊ 1

ĐÓNG CẮT TỰ ĐỘNG

1.1 Tìm hiểu về lưới điện phân phối.

1 .1.1 Định nghĩa

Lưới điện phân phối là một phần của HTĐ làm nhiệm vụ phân phối điện năng

từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải [2] Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến hộ tiêu dùng Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp và lưới điện hạ áp Tính đến nay lưới điện phân phối đã trải khắp các xã trên đất nước, tuy nhiên còn một vài thôn, bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel do ở những nơi có vị trí địa lý hết sức đặc biệt

- Lưới điện phân phối gồm hai phần:

+Lưới điện phân phối trung áp: Chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV; 10kV; 22kV; 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và các phụ tải trung áp

+Lưới điện phân phối hạ áp: Có cấp điện áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải

hạ áp

1 .1.2 Vai trò lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải

Lưới điện phân phối được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ

Đảm bảo cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, lưới phải đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải

Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép

1 .1.3 Các phần tử chính trong lưới điện phân phối

Các phần tử chủ yếu trong lưới điện phân phối:

- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp

tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch

- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao

- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn

dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây,

kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch,

- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết

bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,

Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật

Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của lưới điện phân phối

Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc Một số

ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc khác nhau

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp và đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải

Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần tử của

hệ thống điện

Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác Ví dụ tụ bù

có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để tránh quá điện áp, một số phần tử lưới không làm việc

để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất

1 .1.4 Cấu trúc lưới điện phân phối

Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa Thừa

về số phần tử, thừa về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ Ngoài

ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa

Cấu trúc vận hành: Là một phần của u trúc tổng thể, có thể là một hoặc một cấvài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện

Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các sơ

đồ vận hành do người vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất) Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành

sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ đồ vận hành Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện Đó là lưới phân phối hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện để thao tác

Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở

Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúc động ở mức cao cho phép

vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ

1 .1.5 Đặc điểm lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng

và có tổn thất lớn ua nghiên cứu các điện lực cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới Qphân phối vào khoảng 4%

Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối

Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý Chất lượng vận hành của lưới phân phối được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm song vẫn còn rất khiêm tốn

Máy cắt SF6: Dùng khí SF6 để dập hồ quang

Nguyên lý cắt của máy cắt đó là việc dập tắt hồ quang Trong

cơ bản dập hồ quang và tiếp theo đó là phục hồi độ bền về điện giữa các khoảng trống tiếp điểm Quá trình xảy ra rất phức tạp, phụ thuộc

động của thiết bị và vào các đặc điểm kết quả t

1.2.2 Thi ết bị tự động đóng lặp lại

Phần lớn sự cố trong hệ thống phân phối điện là sự cố thoáng qua Vì vậy, để tăng cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải, thay vì sử dụng máy cắt thông thường người ta sử dụng máy cắt có cài đặt chức năng tự động đóng lặp lại (recloser) Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ điều khiển cho phép người

ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước Đồng thời đo và lưu trữ một số đại lượng cần thiết như: U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch Khi xuất hiện ngắn mạch ecloser mở ra (cắt mạch) sau một thời gian t, r 1 nó sẽ tự đóng mạch.Nếu sự cố còn tồn tại nó sẽ cắt mạch, sau thời gian t2, recloser sẽ tự đóng lại mạch.Và nếu sự cố vẫn còn tồn tại nó sẽ lại cắt mạch và sau thời gian t3 nó sẽ tự đóng lại mạch một lần nữ nếu sự cố vẫn còn tồn tại thì lần này recloser sẽ cắt mạch luôn Số lần và a, thời gian recloser đóng cắt do người vận hành cài đặt

Nguyên lý làm việc: Khi đường dây đang tải bình thường, trong khoảng cho phép của dòng điện làm việc đối với các thiết bị, recloser không có bất kỳ một tác động nào, các tiếp điểm của recloser liền mạch (CLOSE) Đột nhiên có dòng sự cố xuất hiện trên đường dây đi qua reclose, các tiếp điểm của recloser sẽ hở mạch (recloser sẽ TRIP) Nếu là sự cố thoáng qua, giả sử như có sự va chạm dây pha vớiđất (do cây va vào, rắn bò,…) khi bị cắt điện hồ quang tại nơi sự cố coi như bị dập tắt, sau thời gian cắt điện đường dây trở lại bình thường, đường dây sẽ được cung cấp điện trở lại nếu dòng điện trên đường dây không bị vượt quá mức cho phép, hộ tiêu thụ điện

sẽ được cung cấp điện liên tục trở lại Nếu sự cố vẫn tiếp tục duy trì, recloser sẽ cắt (TRIP) tiếp tục, sau số lần đóng lại (theo lập trình) mà vẫn không phục hồi được sự cố

recloser sẽ cắt vĩnh viễn (look out) chờ người sửa chữa đến kiểm tra phục hồi sự cố

Mô hình thiết bị:

Hình 1.2 Reclose trung thế

Áp dụng cho lưới hình tia một nguồn cung cấp có phân nhánh

Ở đầu đường dây ta sử dụng máy cắt có trang bị rơle tự đóng lại hoặc sử dụng

recloser Tại đầu mỗi phân nhánh, ta đặt một dao cách ly tự động (DCLTĐ) Khi xảy

ra sự cố trên một nhánh rẽ nào đó, máy cắt đầu đường dây sẽ cắt Trong khoảng thời gian không điện dao cách ly tự động ở đầu nhánh rẽ bị sự cố được tự động cắt ra, tách phần tử sự cố ra khỏi lưới điện

Sau khi dao cách ly tự động đã tách nhánh sự cố, rơle tự đóng lại đặt ở đầu đường dây đóng trở lại máy cắt nguồn, khôi phục cấp điện cho các nhánh không bị sự cố

Các dao ngắn mạch (DNM) được dùng để gây ngắn mạch nhân tạo phía trước máy biến áp với mục đích tăng độ nhậy cho bảo vệ đầu đường dây

Hình 1.3 Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố

Thời gian mất điện của phụ tải được giảm xuống nhiều lần so với phương pháp thủ công

CHƯƠNG : CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY LƯỚI2 ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Các khái niệm và định nghĩa.

2 .1.1 Khái niệm về độ tin cậy

Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu

Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định

Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử

Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng thống kê,

do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hay phần tử

Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của

nó, khái niệm khoảng thời gian không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên tục Do đó độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợp hơn, đó là độ sẵn sàng

Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ

Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất

kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động

Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng

Như đã giới thiệu ở phần trên, hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp Hệ thống điện thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho từng vùng hoặc toàn hệ thống Có thể chia thành 4 nhóm nguyên nhân gây mất điện như sau:

- Do thời tiết: Giông sét, lũ lụt, mưa, bão, lốc xoáy, động đất,

- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện

- Do hoạt động của hệ thống:

+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải,

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện

- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào đất,hoả hoạn, phá hoại,

Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy hiểm và lan rộng do lụt, bão,… Khi đó các đơn vị điện lực không đủ người, phương tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp

2 .1.3 Độ tin cậy của phần tử

Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết định độ tin cậy của hệ thống Các khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống Do đó nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết Ở đây sẽ xét cụ thể độ tin cậy của phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi

( ) t

F t  f dt (2.3)

( )

( )

t T T

Hình 2.1 Hàm tin cậy R(t)

- Cường độ hỏng hóc :

Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với tđủ nhỏ thì chính là xác suất

để phần tử đã phục vụ đến thời điểm ( ).t t sẽ hỏng trong khoảng t tiếp theo [2 ]

( ) ( )( )

( ) 1 ( )

T

f t f t t

Nếu lấy logarit của R(t) rồi đạo hàm theo t, sẽ được [2]

kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:

Thời gian làm việc trung bình [2]:

( ) ( ) ( ).

- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng do các khuyết tật khi lắp ráp,  ( )t giảm dần (thời kỳ chạy roda)

- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử:  ( )t là hằng số

- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi, ( )t tăng dần

Hình 2.2 Cường độ hỏng hóc  ( )t

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hóa, do đó  ( )t luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình

a Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi   0

Trong thực tế, đây là các phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví dụ như MBA) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:

Thông số của dòng hỏng hóc  ( )t [2]:

0

1 ( ) lim

So với định nghĩa  ( )t  ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc tốt

từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời

Tương tự như  ( )t đại lượng  ( ).t t là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong khoảng

( ,t t t)

Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc  ( )t là hằng số và bằng cường độ hỏng hóc của phần tử:  ( )t  [2]

Vì lý do này mà cường độ hỏng hóc và thông số của dòng hỏng hóc thường hiểu

là một, trừ các trường hợp riêng khi thời gian làm việc không tuân theo luật mũ thì phải phân biệt

b Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng (Hình 2.3)

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV, phần

tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng phải sửa chữa Sau thời gian sửa chữa xong

 , phần tử trở lại trạng thái làm việc

Hình 2.3 Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV làm việc, H hỏng)-

-Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như mới Ở đây cần hai hàm phân bố xác suất: Hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái làm việc FLV(t) và hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái hỏng FH(t) Đó là sự khác nhau cơ bản giữa phần tử không phục hồi và phần tử phục hồi (đối với phần tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian là đủ) Để đánh giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đại lượng Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần tử có thể ở một trong hai trạng thái: Làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng thái làm việc PLV(t)

- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là Ph(t)

- Thông số dòng hỏng hóc:

0

1 ( ) lim

H :

0

1( , ) ( ) lim {[ ( ) ] [ ( ) ]}

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là 

- Thời gian trung bình một chu kỳ làm việc hỏng là: T - CK = TLV+ 

Giả thiết TLV và  đều tuân theo luật phân bố mũ (trong thực tế  tuân theo luật

chuẩn, song giả thiết trên giúp ta có thể áp dụng mô hình Markov, hơn nữa theo kinh nghiệm kết quả tính toán là chấp nhận được), ta có [2]:

    (phân bố xác suất của thời gian hỏng hóc)

Trong đó là cường độ phục hồi,  là thời gian hỏng hóc trung bình

Áp dụng quá trình Markov cho sơ đồ (Hình 2-3a), trong đó  và chính là cường độ chuyển trạng thái, sẽ tính được xác suất của trạng thái làm việc PLV(t) và xác suất trạng thái hỏng PH(t)

Ở đây và  chính là cường độ chuyển trạng thái của phần tử vì mỗi hỏng hóc hoặc phục hồi làm phần tử chuyển trạng thái

Thông số dòng hỏng hóc (t) theo (2.11) là:

2 ( )

( )  ( )    

t LV

P T

có giá trị xấp xỉ 1, nên có thể coi gần đúng  

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:

- Số lần hỏng  trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra:

c Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ

Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện vì nó làm giảm cường độ hỏng hóc, tăng thời gian làm việc trung bình của phần tử mà chi phí lại ít hơn nhiều so với sửa chữa sự cố Nếu giả thiết thời gian bảo dưỡng định kỳ ĐK cũng tuân theo luật mũ thì có thể

áp dụng mô hình trên (Hình 2.4) Trong đó có ba trạng thái:

T: Tốt - là trạng thái làm việc

ĐK: Trạng thái bảo dưỡng định kỳ

H: Hỏng và các thông số

 : Cường độ hỏng hóc

: Cường độ phục hồi

 ĐK: Cường độ xảy ra bảo dưỡng đinh kỳ

ĐK: Cường độ bảo dưỡng định kỳ

Hình 2.4 Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử

Ta thấy khi phần tử đang bảo dưỡng định kỳ thì không thể xảy ra hỏng hóc, còn bảo dưỡng định kỳ không thể bắt đầu khi phần tử ở trạng thái hỏng

Nếu giả thiết thêm rằng, thời gian giữa hai lần bảo dưỡng định kỳ TĐK cũng tuân theo luật mũ, thì có thể tìm được xác suất trạng thái bằng mô hình Markov Giả thiết này không đúng thực tế, vì bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch tiền định, tuy nhiên mô hình vẫn cho kết quả khá gần thực tế và có thể rút ra từ đó nhiều kết luận hữu ích

Ở chế độ xác lập (chế độ dừng t = ), ta có:

DK T

PĐK còn gọi là hệ số bảo dưỡng định kỳ.

Các biểu thức (2.14) và (2.15) cho phép tính được xác suất của trạng thái H và bảo dưỡng định kỳ

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối

i v n phân ph n ng c a s c t i ngu

Đố ới lưới điệ ối, khi không xét đế ảnh hưở ủ ự ố ạ ồn điện, và là nơi trực ti p cung cế ấp điện cho các h tiêu th , các ch tiêu phân ph i thu c ộ ụ ỉ ố ộ

b tiêu chu n IEEE-ộ ẩ P1366 được s d ng, bao g m: t n su t mử ụ ồ ầ ấ ất điện trung bình của

h ệ thống (SAIFI), th i gian mờ ất điện trung bình c a h ủ ệ thống (SAIDI), t n su t mầ ấ ất điện trung bình c a khách hàng (CAIFI), th i gian mủ ờ ất điện trung bình c a khách hàng ủ(CAIDI), tần su t mấ ất điện thoáng qua trung bình (MAIFI), kh ả năng sẵn sàng ph c v ụ ụtrung bình (ASAI) …

2.2 1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống - SAIFI (System averag e interruption frequency index):

Chỉ ố SAIFI đượ s c tính b ng t ng s lư t Khách hàng s dằ ổ ố ợ ử ụng điện và Đơn vịphân ph i và bán l ố ẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện b mị ất điện kéo dài trên

05 phút chia cho t ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻ điện mua điện của Đơn vị phân ph i đi n ố ệ

n i

i 1 t

KSAIFI

K





.16) (2Trong đó: sn: l n mố ầ ất điện kéo dài trên 05 phút thu c ph m vi cung cộ ạ ấp điện c a ủĐơn vị phân phối điện;

Ki: T ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và các Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻđiện mua điện của Đơn vị phân ph i đi n b ố ệ ị ảnh hưởng b i l n mở ầ ất điện th ứi;

Kt - T ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và các Đơn vị phân ph i và bán ố

l ẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện

SAIFI th ểhiệ ố ần s l n mất điện trung bình đố ới v i m i khách hàng cỗ ủa đơn vi phân

phối điện Ch ỉ tiêu này được nhà cung c p và qu n lý h ấ ả ệ thống quan tâm vì nó phản ánh kh ả năng làm việc tin c y c a h ậ ủ ệ thống N u s l n mế ố ầ ất điện c a h ủ ệ thống quá nhi u thì nhà cung c p có th dề ấ ể ựa vào đó tìm ra biện pháp kh c phắ ục và tăng cường độtin cậy cho lưới điện

2.2 2 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng – CAIFI (Customer average interruption frequency index):

CAIFI cho biết số ầ l n mất điện trung bình cho trên m i khách hàng ỗ

n i

i 1

nCAIFI

Chỉ tiêu này di n t ễ ả được s k v ng c a khách hàng s dự ỳ ọ ủ ử ụng điện, n u ch s này ế ỉ ốthấp ch ng t s l n mứ ỏ ố ầ ất điện trung bình khách hàng là ít, ít ảnh hưởng t i sinh ho t ớ ạ

c a khách hàng Khi áp d ng các ch s này các khách hàng b ủ ụ ỉ ố ị ảnh hưởng ch ỉ được tính một lần bất kể ố ầ s l n mất điện mà khách hàng này phải chịu trong năm

2.2 3 Thời gian mất điện trung bình của hệ thống - SAIDI (System average interruption duaration index):

SAIDI được tính b ng t ng s th i gian mằ ổ ố ờ ất điện kéo dài trên 05 phút c a Khách ủhàng s dử ụng điện và Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện chia cho t ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻ điện mua điện của Đơn vị phân ph i đi n ố ệ

SAIDI thường được tính theo m t trong hai: hàng tháng hoộ ặc hàng năm Tuy nhiên, nó cũng có thể được tính toán hàng ngày, ho c cho b t k kho ng th i gian ặ ấ ỳ ả ờkhác

n

i i

i 1 t

T KSAIDI

Chỉ ố s CAIDI cho bi t th i gian mế ờ ất điện trung bình trong một năm cho một khách hàng dùng điện Ch tiêu này di n t ỉ ễ ả được s k v ng c a khách hàng s dự ỳ ọ ủ ử ụng điện,

n u ch s này th p ch ng t trung bình khách hàng ch b mế ỉ ố ấ ứ ỏ ỉ ị ất điện trong kho ng thả ời gian ng n, ít ắ ảnh hưởng t i sinh hoớ ạt của khách hàng

2.2.5 T n su t m ầ ấ ất điệ n thoáng qua trung bình - MAIFI (Momentary average interruption frequency index):

Chỉ tiêu MAIFI tương tự như SAIFI, nhưng nó sử ụ d ng s ki n thoáng qua Ch ự ệ ỉtiêu này th hi n s l n mể ệ ố ầ ất điện thoáng qua trung bình đối v i m i khách hàng cớ ỗ ủa đơn vị cung cấp điện



 n j

j 1 T

KMAIFI

Kt: T ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và các Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻđiện mua điện của Đơn vị phân ph i đi n ố ệ

MAIFI được nhà cung c p và qu n lý h th ng quan tâm vì ph n ánh kh ấ ả ệ ố ả ả năng làm

việc của các thiết bị đóng lặ ại trong trườp l ng h p mợ ất điện thoáng qua x y ra ả

2.2 6 Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình - ASAI (Average service availability index)

Chỉ ố s ASAI cho bi t thế ời gian trung bình tính theo % mà khách hàng được c p ấđiện trong một năm Chỉ tiêu này được định nghĩa là tỉ ố ữ ổ s gi a t ng s gi c a khách ố ờ ủhàng được cung cấp trong năm và số ờ gi khách hàng yêu c u (8760 gi ) ầ ờ

n

t i i

i 1 n i

i 1

K 8760 T KASAI

Ki: T ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và các Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻđiện mua điện của Đơn vị phân ph i đi n b ố ệ ị ảnh hưởng b i l n mở ầ ất điện th ứi;

n: T ng s l n mổ ố ầ ất điện kéo dài trên 05 phút thu c ph m vi cung c p ộ ạ ấđiện của Đơn vị phân ph i đi n; ố ệ

Kt: T ng s Khách hàng s dổ ố ử ụng điện và các Đơn vị phân ph i và bán l ố ẻđiện mua điện của Đơn vị phân ph i đi n ố ệ

ASAI là ch ỉ tiêu được c khách hàng và nhà cung cả ấp điện quan tâm V i khách ớhàng, ASAI th hiể ện được phần trăm thời gian khách hàng được ph c v là nhi u hay ụ ụ ề

ít để ừ đó chọn ra đượ t c nhà cung c p t t nhấ ố ất Đố ới v i nhà cung c p, ASAI là ch s ấ ỉ ốcho bi t h ế ệ thống c a mình hoủ ạt động có tin cậy hay không để ừ đó có nhữ t ng bi n ệpháp tăng cường phù h p ợ

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối

- Độ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới điện:

Chất lượng của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏng hóc của lưới phân phối, thời gian phục hồi

+ Sửa chữa, duy tu bảo dưởng, trung đại tu thiết bị trong vận hành

+ Ngừng điện để thao tác đóng cắt, cải tạo, phát triển lưới điện

- Cấu trúc lưới điện: Sơ đồ cấu trúc lưới điện có ý nghĩa rất lớn đối với độ tin cậy của lưới điện, ảnh hưởng đến khả năng thay đổi sơ đồ kết dây và dự phòng

+ Sự ghép nối giữa các phần tử trong lưới điện, hình dáng lưới điện

+ Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay)

- Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành:

+ Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố

+ Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ

+ Dự trữ thiết bị, dự trữ nguồn

+ Cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành

+ Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị

- Ảnh hưởng môi trường:

+ Phụ tải điện

+ Yếu tố thời tiết, khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiểm của môi trường

- Yếu tố con người: Trình độ của nhân viên quản lý vận hành, yếu tố kỹ thuật,

tự động hoá vận hành

2.4 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối

2.4 .1 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao

Độ tin cậy của lưới phân phối phụ thuộc chủ yếu vào độ tin cậy của các phần tử như: Đường dây, máy biến áp, dao cách ly, máy cắt điện, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hoá… o đó muốn nâng cao độ tin cậy của lưới điện cần sử dụng các Dphần tử có độ tin cậy cao

Tuy nhiên việc sử dụng các phần tử có độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng chi phí đầu tư cho lưới điện, ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế cho lưới điện nên việc sử dụng sẽ tuỳ thuộc vào tình hình cụ thể, từng loại hộ phụ tải cụ thể

2.4 .2 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa

Các thiết bị tự động thường dùng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối như: Thiết bị tự động đóng lặp lại đường dây (TĐL); tự động đóng nguồn

dự phòng (TĐN); hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) Theo thống kê hầu hết các sự cố trên đường dây tải điện trên không là sự cố thoáng , qua, chiếm khoảng (70% - 80%) tổng số lần sự cố trên đường dây Chủ yếu là các sự

cố do sét đánh vào đường dây, cây đổ gần đường dây hoặc chạm vào đường dây; vật lạ rơi vào đường dây…các sự cố này thường tự giải trừ sau 1 hoặc 2 lần phóng điện Nếu

ta bố trí các thiết bị TĐL thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao do thời gian TĐL ngắn nên phụ tải không bị ảnh hưởng do mất điện Đối với các lưới điện có từ hai nguồn trở nên việc sử dụng TĐL sẽ rất hiệu quả

Các thiết bị điều khiển xa: Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin,

hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa ngày càng được sử dụng rộng rãi và rất hiệu quả với hệ thống điện Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa Với lưới điện phân phối sẽ điều khiển nhanh chóng tách các đoạn bị sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố, nhờ đó mà độ tin cậy được nâng cao

2.4 .3 Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây

Sơ đồ đường dây kép: Sử dụng hai đường dây cấp điện cho phụ tải, bình thường

dây còn lại sẽ cấp điện cho toàn bộ phụ tải Với sơ đồ này cho độ tin cây cao nhưng chi phí đầu tư khá lớn, chỉ phù hợp cho các phụ tải quan trọng, không được mất điện

Sơ đồ kín vận hành hở: Lưới phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới hở Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ các phụ tải trên đoạn đó mất điện, các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác sau đó lại được cấp điện bình thường Với sơ đồ này chi phí đầu tư không cao nhưng lại phụ thuộc rất nhiều vào tình hình nguồn điện

Sơ đồ lưới có phân đoạn: Sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được dùng phổ biến hiện nay vì có chi phí thấp, sơ đồ đơn giản, có thể áp dụng rộng rãi nhưng độ tin cậy chưa cao Khi xảy ra sự cố một phân đoạn thì những phân đoạn phía sau nó bị mất điện, các phân đoạn trước về phía nguồn chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác Số lượng và

vị trí các phân đoạn cũng ảnh hưởng đến thời gian mất điện của phụ tải

2.4 .4 Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố

Một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là tổ chức tìm

và cô lập sự cố nhanh, rút ngắn thời gian mất điện cho phụ tải, để làm được điều đó cần phải:

Tổ chức đủ người, đủ dụng cụ, vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự cố

Tổ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất

Tổ chức sửa chữa thay thế nhanh các phần tử hư hỏng

Như vậy nếu sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện của phụ tải, giảm điện năng bị mất do sự cố, góp phần nâng cao chỉ tiêu

về độ tin cậy trong lưới phân phối

2 4.5 Đối với các TBA phân phối

Các TBA phân phối là một phần không thể tách rời của lưới điện phân phối Để nâng cao độ tin cậy của TBA phân phối cần áp dụng đồng bộ các biện pháp từ khâu thiết kế cho đến quản lý vận hành

Chọn sơ đồ đi dây trong TBA hợp lý, thuận tiện trong vận hành, bảo dưỡng, thay thế và sửa chữa các thiết bị

Sử dụng các thiết bị trên trạm có độ tin cậy cao

Kết cấu trạm đảm bảo đồng bộ, dễ sửa chữa thay thế, thời gian thay thế nhanh, tiện dụng, thao tác an toàn

2.5 T ng quan v ổ ề tính toán độ tin c yậ cho lưới phân phối.

Trong h ệthống điện, lưới phân ph i là khâu cu i cùng cung cố ố ấp điện cho ph tụ ải Lưới phân ph i có ố ảnh hưởng r t lấ ớn đến ch tiêu kinh t , k thu t c a h thỉ ế ỹ ậ ủ ệ ống điện như:

- Chi phí cho đầu tư xây dựng lưới phân ph i chi m t l lố ế ỷ ệ ớn (lưới phân- ph i ốtrung áp bằng 1,5 lần, lưới phân phố ại h áp b ng 2-2,5 lằ ần lưới cao áp)

- T n thổ ất điện năng trong lưới phân ph i l n g p 2-3 lố ớ ấ ần lưới truyền tải và chi m ế(65 -70)% t n th t toàn h ổ ấ ệthống

- Thời gian ngừng điện s c và ngự ố ừng điện k ho ch lế ạ ớn hơn lưới truy n tề ải nhi u l n ề ầ

- Lưới phân phối ảnh hưởng đáng kể đế n chất lượng điện năng cung cấp cho ph ụ

tải (chủ ế y u là ch ỉ tiêu điện áp)

- Độtin cậ ủy c a lưới phân phối ảnh hưởng trực tiếp nhất đến ph t ụ ải

Vì nh ng lý do trên vi c nghiên cữ ệ ứu độ tin c y cậ ủa lưới phân ph i là c n thi t và ố ầ ế

là m t trong nh ng n i dung quan tr ng cộ ữ ộ ọ ủa hệ thống điện

Nhiệm v cụ ủa lưới phân ph i là cổ ấp điện cho ph t i v i chụ ả ớ ất lượng điện năng tiêu chuẩn và độ tin c y cung cậ ấp điện trong gi i h n cho phép Tuy nhiên do nh ng ớ ạ ữnguyên nhân v ề điều ki n kinh t và k ệ ế ỹ thuật, độ tin c y cậ ủa lưới phân ph i hi n nay ố ệcao hay th p ph thu c vào yêu c u cấ ụ ộ ầ ủa phụ ải và chấ t t lượng của lưới phân phối

V cề ấu trúc lưới phân phối thường là:

- Lưới phân phối hình tia: Đặc điểm của nó là đơn giản, r ẻ tiền nhưng có độ tin

c y thậ ấp, không đáp ứng được nhu cầ ủu c a các ph t i quan tr ng ụ ả ọ

- Lưới phân phối hình tia có phân đoạn: Là lưới phân phối hình tia được chia làm nhiều đoạn nh ờ thiế ị phân đoạt b n Thi t b ế ị phân đoạn có th là dao cách ly, c u dao ể ầ

ph t i, máy cụ ả ắt phân đoạn các thi t b này có th ế ị ể đóng cắ ạt t i ch b ng tay hoỗ ằ ặc được trang b h thị ệ ống điều khi n t ể ừ xa Lưới này có độ tin c y cao hay th p ph thu c ậ ấ ụ ộvào thiết bị phân đoạn và thiết bị điều khi n chúng ể

- Lưới kín vận hành hở: Lưới này có c u trúc mấ ạch vòng kín ho c 2 ngu n, có ặ ồcác thi t b ế ị phân đoạn trong ạch vòng Bình thườ m ng, l i v n hành h , khi có s c ướ ậ ở ự ổ

ho c s a chặ ử ữa đường dây người ta s d ng các thi t b ử ụ ế ị đóng cắt để điều chỉnh sơ đồ

cấp điện, lúc đó phân đoạn s a ch a b mử ữ ị ất điện còn các phân đoạn còn l i vạ ẫn được

cấp điện bình thường

Sơ đồ này có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước đây ềV mặt nguyên tắc lưới có thể ận hành kín, nhưng thiế ị ả v t b b o vệ, điều khiển đòi hỏi ph i là các thi t b t t và ả ế ị ố

đắ ềt ti n Vận hành lướ ở đơn giải h n và r ẻ hơn nhiều

Ngày nay, trên th giế ới đang phát tr ểi n h ệ thống phân ph i H ố ệ thống này g m: ồcác tr m biạ ến áp trung gian, các đường dây có phân đoạn, các tr m bi n áp h ạ ế ạáp được

n i v nhau thành h ố ới ệthống Các máy cắt điện phân đoạn có th ể điều khi n t xa nh ể ừ ờ

h ệthống SCADA Các máy cắt điện có th ể được trang b h ị ệthống t ng ự độ đóng ạ đểl i nâng cao độtin cậy cho h ệthống

Khi biểu đồ ph tụ ải thay đổi nh h ờ ệ thống máy tính, sơ đồ ết dây đượ k c phân b ố

lại sao cho tổn th t công su t trong hê th ng là nh nh ấ ấ ố ỏ ất

H ệ thống cung cấp điện có độ tin c y và ch êu kinh t rậ ỉ ti ế ất cao, các khâu đo lường điều khi n có th t ng hóa m c cao giúp cho h th ng cung cể ể ự độ ở ứ ệ ố ấp điện luôn

v n hành ng thái tậ ởtrạ ối ưu

2.6 Tình hình nghiên cứ u đ ộ tin cậy lưới phân phố i tại Việt Nam

Độ tin c y là m t ch tiêu h t s c quan tr ng c a h thậ ộ ỉ ế ứ ọ ủ ệ ống điện, nó ảnh hưởng t i ớ

cấu trúc lưới trong bài toán thi t k và bài toán vế ế ận hành Tuy nhiên ngượ ạ ớ ực l i v i s phát tri n nhanh c a ph tể ủ ụ ải đi kèm là yêu cầu v tin c y ngày càng cao ề độ ậ thì các nghiên c u v tin c y t i Vi t Nam còn r t nhi u h n chứ ề độ ậ ạ ệ ấ ề ạ ế Đặc biệt là trong lưới phân ph ối

H u h t các nghiên c u t p trung v viầ ế ứ ậ ề ệc đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới phân ph i s d ng các thi t b t ố ử ụ ế ị ự động hóa, đóng lặp lại, phân đoạn lướ ửi s

d ng máy cụ ắt phụ ải t

Để nh toán định lượng được tương đối chính xác độ tin cậy nhằm đưa ra các tígiải pháp nâng cao độ tin cậy khả thi và tối ưu là rất khó khăn Khó khăn lớn nhất gặp phải đối với lưới phân phối là việc thiếu số liệu, số liệu không chính xác

Lưới phân phối có tống chiều dài đường dây lớn, số lượng trạm biến áp phân phối cũng rất lớn Đường dây và trạm biến áp thường đi sâu vào các khu dân cư, trên đồng ruộng và nhiều nơi đường dây chưa được cải tạo, dây dẫn mòn đã có nhiều mối

nối dễ đứt, sứ cách điện nứt vỡ, xà đường đây gỉ mọt, cột nứ vỡ cong nghiêng…, sự t

cố trên đường dây xảy ra nhiều, nhất là khi thời tiết xấu như mưa to gió bão Để cập nhật hết những thông tin về sự cố gây mất điện là rất khó khăn vì điều kiện địa lý xa xôi, vì trình độ hoặc trách nhiệm của những công nhân trực tiếp quản lý đường dây và trạm biến áp, họ không báo cáo hoặc báo cáo không chính xác tình hình sự cố, loại sự cố

Một khó khăn khác khi xác định độ tin cậy cho lưới phân phối là đối với khối dữ liệu lớn thu được thì khó có thể xử lý tính toán bằng tay, hiện tại đã có một số nghiên cứu tại Việt Nam đề cập tới vấn đề xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy lưới phân phối trên máy tính nhưng vẫn còn hạn chế

Để giảm bớt khó khăn trong việc tính toán độ tin cậy cho lưới phân phối trong khuôn khổ uận văn này tác giả đã xây dựng một chương trình tính toán độ tin cậy cho lmột lưới phân phối với mục đích tìm hiểu nghiên cứu về độ tin cậy và từng bước hoàn thiện dần việc xây dựng nên phần mềm tính toán độ tin cậy lưới phân phối trên máytính ở Việt Nam

CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI3:

ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN

3.1 Độ tin c y cậ ủa lướ i phân phối hình tia không phân đoạn

Sơ đồ ớ lư i phân phối hình tia được th hi n trên hình v : ể ệ ẽ

Hình 3.1 Lưới phân ph i hình tia ố

Lưới phân ph i trên hình 3ố 1 a) là lưới phân phối hình tia không phân đoạn Đối

với lưới phân ph i này, h ng hóc b t k ố ỏ ở ấ ỳ chỗ nào cũng gây mất điện toàn lưới phân

phối Khi ngừng điện công tác cũng vậy, toàn lưới phân phối được xem như một phần

 - Cường độ ngừng điện công tác

Thời gian ngừng điện do s c trong mự ố ột năm là:

Thời gian ngừng điện công tác là:

TCT - Thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác

T ng th i gian ngổ ờ ừng điện là:

TNĐ = TNĐCT + TNĐCT (3.5) Công suất và th i gian s d ng công su t lờ ử ụ ấ ớn nhất của toàn lưới phân phối là:max maxi

max max max

T P T

3.2 Độ tin c y cậ ủa lướ i phân phối hình tia có phân đoạn

Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn

b ng thi t b ằ ế ị đóng cắt có th là: dao cách ly ho c máy cể ặ ắt điều khi n b ng tay tể ằ ại chỗ

hoặc điều khi n t xa [2 ể ừ ]

Trong trường hợp phân đoạn b ng dao cách ly, n u x y ra s c m t phân ằ ế ả ự ố ở ộđoạn nào đó máy cắt đầu ngu n s nh y t m th i c t toàn b ồ ẽ ả ạ ờ ắ ộ lưới phân ph Dao cách ối

ly phân đoạn được c t ra cô l p ph n t b s c v i ngu n ắ ậ ầ ử ị ự ố ớ ồ Sau đó nguồn được đóng

lại tiế ục cấp điện cho các phân đoạp t n nằm trước phân đoạn b s c v phía ngu n ị ự ố ề ồ

Như vậy, khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân đoạn sự

cố và các phân đoạn được cấp điện qua phân đoạn sự cố (tức là nằm sau nó tính từ nguồn) bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa phân đoạn sự cố Còn phụ tải của các phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố về phía nguồn thì chỉ mất điện trong thời gian thao tác cô lập phần tử sự cố

Trong trường hợp phân đoạn bằng máy cắt, khi một phần tử bị sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố Các phần tử trước